Lastschaltbares Mehrqangcietriebe

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein lastschaltbares Mehrganggetriebe mit mindestens einem insbesondere ein Planetengetriebe, das um ein erstes Sonnenrad umläuft und dessen Verwendung in einem Fahrzeug.

Stand der Technik

CN 104875608 A bezieht sich auf eine Antriebsachse eines elektrischen Fahrzeugs. Gemäß dieser Lösung ist eine elektrische Maschine in koaxialer Anordnung in Fahrzeug integriert und treibt ein Differentialgetriebe an.

Differentialgetriebe, insbesondere die einen Käfig darstellenden Kegelräder, treiben einen ersten Achsantrieb und einen zweiten Achsantrieb an, an denen wiederum die angetriebenen Räder des Fahrzeugs aufgenommen sind. Bei dem aus CN 104875608 A bekannten E- Achsensatz lassen sich zwar verschiedene Übersetzungsstufen schalten, jedoch sind die Schaltmöglichkeiten begrenzt.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein lastschaltbares Mehrganggetriebe vorgeschlagen, mit mindestens einem Stufenplanetenrad, das um ein erstes Sonnenrad umläuft und einem ersten Hohlrad umläuft, wobei das erste Hohlrad in einem verrastbaren Freilauf aufgenommen ist und eine erste Planetenradstufe des mindestens einen Stufenplanetenrades in einem ersten Hohlrad umläuft, während eine zweite Planetenradstufe in einem zweiten Hohlrad umläuft, dem mindestens eine Bremse zugeordnet ist. Durch das Vorsehen zweier Bremsen sowie eines Freilaufs, können

Gangschaltungen zwischen verschiedenen Übersetzungen vorgenommen werden. Ferner erlaubt das Schließen von zwei Bremsen eine komplette Sperrung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen lastschaltbaren

Mehrganggetriebes und dadurch die Darstellung einer Parksperrenfunktion. Wird lediglich eine Bremse eingesetzt, so kann eine Rastvorrichtung zur Sperrung des Freilaufs die Funktion der zweiten Bremse übernehmen. Durch die

erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine nicht unerhebliche Gewichtsreduktion erzielen, ferner eine erhebliche Vereinfachung der

Komplexität des erfindungsgemäßen lastschaltbaren Mehrganggetriebes sowie eine erhebliche Kosteneinsparung durch den Einsatz des Freilaufes.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weist die erste Planetenradstufe eine Verzahnung mit einer Zähnezahl z_pl und die zweite Planetenradstufe eine Verzahnung mit einer Zähnezahl z_p2 auf, wobei z_pl > z_p2 beträgt.

Eine erste Bremse kann in einer ersten Position dem zweiten Hohlrad zugeordnet sein, während eine zweite Bremse in einer ersten Position einem zweiten Sonnenrad zugeordnet sein kann.

Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die erste Bremse in einer zweiten Position einer Stegwelle des mindestens einen Stufenplanetenrades zugeordnet ist, wohingegen die zweite Bremse in einer zweiten Position dem zweiten Hohlrad zugeordnet sein kann.

Schließlich ist auch die Möglichkeit zu nennen, dass die erste Bremse in einer zweiten Position einer Stegwelle des mindestens einen Stufenplanetenrades und die zweite Bremse in einer ersten Position dem zweiten Sonnenrad zugeordnet sein kann.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen lastschaltbaren Mehrganggetriebe ist bei geschlossener erster Bremse und freigegebenem Freilauf eine erste Übersetzung i_l gemäß nachfolgende Beziehung gegeben: i_l = 1— ((z_h2/z_p2) ( z_pl/z_sl))

mit

z_h2 : Zähnezahl zweites Hohlrad

z_p2 : Zähnezahl zweite Planetenradstufe

z_pl : Zähnezahl erste Planetenradstufe

z_sl : Zähnezahl erstes Sonnenrad

Eine zweite Übersetzung i_2 kann bei geöffneter erster Bremse mittels einer Verrasteinrichtung blockiertem Freilauf dargestellt werden durch: i_2 = 1— (z_hl/z_sl)

mit

z_hl : Zähnezahl erstes Hohlrad

z_sl : Zähnezahl erstes Sonnenrad

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen unter lastschaltbarem

Mehrganggetriebe kann zudem bei geöffneter erster Bremse, geschlossener zweiter Bremse und freigegebenem Freilauf ein Rückwärtsgang dargestellt werden, gegeben durch nachfolgende Beziehung: i_R = 1— ((z_s2/z_p2) (z_pl/z_sl))

mit

z_s2 : Zähnezahl des zweiten Sonnenrades

z_p2 : Zähnezahl zweite Planetenradstufe

z_pl : Zähnezahl erste Planetenradstufe

z_sl : Zähnezahl erstes Sonnenrad

Eine Parksperrenfunktion kann sich beim lastschaltbaren Mehrganggetriebe dadurch realisieren lassen, durch Schließen mindestens zweier von drei Schaltelementen, nämlich erster Bremse, zweiter Bremse und Freilauf mit Verrasteinrichtung das lastschaltbare Mehrganggetriebe im Ganzen blockiert ist.

Schließlich ist hervorzuheben, dass das lastschaltbare Mehrganggetriebe zwei verschiedene Übersetzungen i_l und i_2 in identischer Drehrichtung und einen Rückwärtsgang mit Übersetzung i_R realisiert. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene lastschaltbare Mehrganggetriebe lässt sich durch den verrastbaren Freilauf, der dem ersten Hohlrad zugeordnet ist derart schalten, dass dieses eine Drehrichtung annimmt, die entgegengesetzt der Drehrichtung ist, die bei den Übersetzungen i_l und i_2 vorliegt, also einen Rückwärtsgang mit der Übersetzung i_R.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen lastschaltbaren

Mehrganggetriebes, kann dieses in achsparalleler Anordnung zur Antriebsachse eines Fahrzeugs angeordnet werden und über beispielsweise eine Stirnradstufe ein Differentialgetriebe, welches in die Antriebsachse integriert ist, antreiben.

Alternativ besteht die Möglichkeit, das lastschaltbare Mehrganggetriebe in Koaxialanordnung in eine Antriebsachse eines Fahrzeugs zu integrieren, ebenso wie einen Stator und einen Rotor der E-Maschine. Die in Koaxialanordnung angeordnete E-Maschine, das in die Antriebsachse integrierte lastschaltbare Mehrganggetriebe, bildet zusammen mit dem Differentialgetriebe ein E-Achsen- Modul für Fahrzeuge mit teilelektrifiziertem Triebstrang.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird ein leistungsstarkes Getriebe zur Verfügung gestellt, welches zwei Übersetzungsstufen i_l und i_2, eine Rückwärtsgangfunktion mit der Übersetzung i_R sowie eine

Parksperrenfunktion realisiert. Insbesondere ist hervorzuheben, dass eine Lastschaltbarkeit der Planetensätze gegeben ist und ferner eine

Wirkungsgradsteigerung erreicht werden kann. Die Verwendung einer ersten und einer zweiten Bremse, die in unterschiedlichen Positionen montiert werden können, sowie die Verwendung eines mittels einer Verrasteinrichtung

blockierbaren Freilaufes, ermöglicht unterschiedliche Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen lastschaltbaren Mehrganggetriebes. In jeder Ausführungsvariante stehen drei Übersetzungen, nämlich i_l, i_2 sowie in entgegengesetzte Drehrichtung i_R zur Verfügung. Die Übersetzungen i_l im ersten Gang sowie i_2 für den zweiten Gang gelten für eine Drehrichtung, die Übersetzung i_3 in einigen Schaltvarianten in die dazu entgegengesetzte Drehrichtung zur Ermöglichung einer Rückwärtsgangfunktion.

Durch den Einsatz von drei Getriebeelementen, nämlich erster Bremse, zweiter Bremse und und der Verrastfunktion für den Freilauf, kann das lastschaltbare Mehrganggetriebe in eine Parksperrenfunktion überführt werden, wenn mindestens zwei der aufgezählten Getriebeelemente geschlossen werden. Kommt nur eine Bremse zum Einsatz, so kann der Freilauf mittels der

Verrasteinrichtung blockiert werden und die Parksperrenfunktion mit übernehmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes lastschaltbares

Mehrganggetriebe,

Figur 2 eine erste Ausführungsvariante von Positionen, in denen eine erste und eine zweite Bremse angeordnet sind,

Figur 3 eine zweite Ausführungsvariante der Positionen der Anordnung der beiden Bremsen,

Figur 4 eine dritte Ausführungsvariante, in der die beiden Bremsen

angeordnet werden können,

Figur 5 eine achsparallele Anordnung des lastschaltbaren

Mehrganggetriebes parallel zur Antriebsachse eines Fahrzeugs und Figur 6 eine koaxiale Anordnung von Stator und Rotor einer E-Maschine, dem lastschaltbaren Mehrganggetriebe sowie eines Differentials als E-Achsen-Modul.

Ausführungsvarianten

Figur 1 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10.

Eine hier in Figur 1 nur schematisch angeordnete E-Maschine 12 treibt eine Antriebswelle 14 des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 an. Darüber hinaus umfasst das lastschaltbare Mehrganggetriebe 10 abtriebsseitig eine

Abtriebswelle 16. Auf der Antriebswelle 14 ist ein erstes Sonnenrad 18 aufgenommen, um welches ein Stufenplanetenrad 20 umläuft. Das

Stufenplanetenrad 20 läuft in einem ersten Hohlrad 26 um. Das

Stufenplanetenrad 20 umfasst eine erste Planetenradstufe 22 sowie eine zweite Planetenradstufe 24. Das erste Hohlrad 26 ist in einem Freilauf 28 gelagert, der mittels einer Verrasteinrichtung 30 freigegeben oder blockiert werden kann. Der Freilauf 28 stützt sich am Gehäuse 32 des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 ab.

Wie aus der Darstellung gemäß Figur 1 hervorgeht, umfasst das lastschaltbare Mehrganggetriebe 10 eine erste Bremse 34 und eine zweite Bremse 40. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante ist die erste Bremse 34 einem zweiten Hohlrad 36 zugeordnet. Die zweite Bremse 40 ist einem zweiten Sonnenrad 38 zugeordnet. Die unterschiedlichen Einbaupositionen der ersten Bremse 34 und der zweiten Bremse 40 werden nachstehend unter Verweis auf die Figuren 2, 3 und 4 noch eingehender beschrieben.

Figur 1 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass das Stufenplanetenrad 20 so ausgeführt ist, dass die Zähnezahl z_pl der ersten Planetenradstufe 22 die Zähnezahl z_p2 der zweiten Planetenradstufe 24 übersteigt. Während die erste Planetenradstufe 22 um das erste Sonnenrad 18 und im ersten Hohlrad 26 umläuft, läuft die zweite Planetenradstufe 24 des Stufenplanetenrades 20 um das zweite Sonnenrad 38 und im zweiten Hohlrad 36 um. Das in Figur 1 dargestellte Stufenplanetenrad 20 ist an einem Planetenträger 42 aufgenommen, an den eine Stegwelle 44 anschließt.

Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine erste Anordnungsmöglichkeit der ersten Bremse 34 und der zweiten Bremse 40 im lastschaltbaren Mehrganggetriebe 10 zu entnehmen.

Die erste Bremse 34 befindet sich in einer ersten Position 52, aufgenommen am Gehäuse 32. Mit der ersten Bremse 34, montiert in der ersten Position 52, kann das zweite Hohlrad 36 gebremst werden, welches mit der zweiten

Planetenradstufe 24 kämmt. Diese wiederum kämmt mit dem zweiten Sonnenrad 38. Dem zweiten Sonnenrad 38 ist in der Darstellung gemäß Figur 2 die zweite Bremse 40 zugeordnet, die sich in ihrer ersten Position 46 befindet. Analog zur Darstellung gemäß Figur 1 umfasst das lastschaltbare Mehrganggetriebe 10 gemäß der Darstellung in Figur 2 die Antriebswelle 14 und die Abtriebswelle 16. An der Antriebswelle 14 ist das erste Sonnenrad 18 aufgenommen, um welches das Stufenplanetenrad 20 umläuft. Dieses kämmt des Weiteren mit dem ersten Hohlrad 26, das am Gehäuse 32 mittels eines eine Verrasteinrichtung 30 aufweisenden Freilaufes 28 ausgeführt ist.

Die beiden Verzahnungen der ersten Planetenradstufe 22 bzw. der zweiten Planetenradstufe 24 sind so ausgeführt, dass die Zähnezahl z_pl > Zähnezahl z_p2 ist, wodurch sich ein Übersetzungsverhältnis vorgeben lässt. Im ersten Gang des lastschaltbaren Mehrganggetriebes ist beispielsweise die erste Bremse 34 geschlossen, der Freilauf 28 greift nicht. Im ersten Gang stellt sich eine Übersetzung i_l gemäß der nachfolgenden Beziehung ein: i_l = 1— ((z_h2/z_p2) (z_pl/z_sl))

mit

z_h2 : Zähnezahl zweites Hohlrad 36

z_p2 : Zähnezahl zweite Planetenradstufe 24

z_pl : Zähnezahl erste Planetenradstufe 22

z sl : Zähnezahl erstes Sonnenrad 18 Wird die erste Bremse 34 hingegen geöffnet und ist der Freilauf 28 durch Aktivierung der Verrasteinrichtung 30 blockiert, d.h. geschlossen, so stellt sich im zweiten Gang eine Übersetzung i_2 ein: i_2 = 1— (z_hl/z_sl)

mit

z_hl : Zähnezahl erstes Hohlrad 26

z_sl : Zähnezahl erstes Sonnenrad 18

Beim lastschaltbaren Mehrganggetriebe gemäß der Konfiguration wie sie in Figur 2 gegeben ist, kann in einen Rückwärtsgang eine Übersetzung i_R dargestellt werden, wenn die erste Bremse 34 offensteht, die zweite Bremse 40

geschlossen ist und der Freilauf 28 nicht greift. Die Übersetzung im

Rückwärtsgang stellt sich wie folgt dar: i_R = 1— ((z_s2/z_p2) (z_pl/z_sl))

mit

z_s2 : Zähnezahl des zweiten Sonnenrades 38

z_p2 : Zähnezahl zweite Planetenradstufe 24

z_pl : Zähnezahl erste Planetenradstufe 22

z_sl : Zähnezahl erstes Sonnenrad 18

Beim lastschaltbaren Mehrganggetriebe 10 kann darüber hinaus auch eine Parksperrenfunktion realisiert werden. Für die Umsetzung der

Parksperrenfunktion müssen zwei der drei Getriebeelemente erste Bremse 34, zweite Bremse 40 und Verrasteinrichtung 30 für den Freilauf 28 geschlossen sein.

Während gemäß der Ausführungsvariante des lastschaltbaren

Mehrganggetriebes 10 nach Figur 2 sich die erste Bremse 34 in der ersten Position 52 befindet, ist die zweite Bremse 40 in ihrer ersten Position 46 angeordnet.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 hingegen befindet sich die erste Bremse 34 seitlich versetzt in ihrer zweiten Position 54 auf einer Verlängerung der Stegwelle 44, auf der das Stufenplanetenrad 20 mit seiner ersten

Planetenradstufe 22 und seiner zweiten Planetenradstufe 24 aufgenommen ist. Die zweite Bremse 40 ist in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 in einer zweiten Position 48 angeordnet. In der in Figur 3 dargestellten

Ausführungsvariante des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 ist ein zweites Sonnenrad 38 auf der Abtriebswelle 16 aufgenommen.

In der Ausführungsvariante gemäß Figur 4 befindet sich die erste Bremse 34 analog zur Variante gemäß Figur 3 in ihrer zweiten Position 54, während die zweite Bremse 40 in ihrer ersten Position 46 angeordnet ist. Ein zweites Hohlrad 36 ist in der Variante gemäß Figur 4 mit der Abtriebswelle 16 am Abtrieb des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 direkt verbunden.

Bei der in Figur 2 dargestellten Anordnung kann beim lastschaltbaren

Mehrganggetriebe 10 das zweite Sonnenrad 38 für eine Verwendung als

Zweiganggetriebe entfallen. Die zweite Bremse 40 ermöglicht mit dem zweiten Sonnenrad 38 hingegen die Darstellung eines Rückwärtsganges.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 ermöglicht das lastschaltbare Mehrganggetriebe 10 drei verschiedene Übersetzungen in gleicher Drehrichtung.

Bei der Variante gemäß Figur 4 kann mittels des Freilaufes 28 am ersten Hohlrad 26 eine andere Drehrichtung eingestellt werden, als bei Betätigung der ersten Bremse 34 und der zweiten Bremse 40 realisierbar wären.

Figur 5 zeigt das erfindungsgemäß vorgeschlagene lastschaltbare

Mehrganggetriebe in einer achsparallelen Anordnung 74.

Wie Figur 5 zeigt, treibt eine hier schematisch dargestellte E-Maschine 12 eine erste Stirnradstufe 56 an. Über diese erfolgt die Einleitung des Antriebes in die Antriebswelle 14 des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10. An der

Antriebswelle 14 ist das erste Sonnenrad 18 aufgenommen, welches mit der ersten Planetenradstufe 22 des Stufenplanetenrades 20 kämmt. Diese wiederum läuft in einem ersten Hohlrad 26 um, das über einen Freilauf 28, der mit einer Verrasteinrichtung 30 blockiert werden kann, am Gehäuse 32 des

lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 aufgenommen ist.

In der Darstellung gemäß Figur 5 befindet sich die erste Bremse 34 in ihrer ersten Position 52, während die zweite Bremse 40 in ihrer ersten Position 46, dem zweiten Sonnenrad 38 zugeordnet ist.

Das am Planetenträger 42 aufgenommene Stufenplanetenrad 20 wirkt auf die Abtriebswelle 16, die wiederum über eine zweite Stirnradstufe 58 ein

Differentialgetriebe 60 antreibt. Das Differentialgetriebe 60 umfasst einen Käfig 62, der aus einer Anzahl von Kegelrädern gebildet wird. Abtriebsseitig des Differentialgetriebes 60 erstrecken sich ein erster Achsteil 66 zum ersten Rad 68 sowie ein zweiter Achsteil 70 zum zweiten Rad 72 des Fahrzeugs.

Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine Koaxialanordnung 76 des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 und seine Integration in eine Antriebsachse 64 zu entnehmen.

Das hier vollständig dargestellte lastschaltbare Mehrganggetriebe 10 ist symmetrisch bezüglich des ersten Achsteiles 66 der Antriebsachse 64 aufgebaut. Wie die Darstellung gemäß Figur 6 zeigt, sind in der Koaxialanordnung 76 des lastschaltbaren Mehrganggetriebes 10 ein Stator 78 der E-Maschine 12 sowie ein Rotor 80 der E-Maschine 12 in die Antriebsachse 64 integriert. Der Rotor 80 treibt unmittelbar die Antriebswelle 14 an. Die in der Darstellung gemäß Figur 6 dargestellten Stufenplanetenräder 20 laufen um das erste Sonnenrad 18 um. Dabei kämmen die jeweils ersten Planetenradstufen 22 der dargestellten

Stufenplanetenräder 20 mit einer Innenverzahnung des ersten Hohlrades 26. Dieses ist mittels eines Freilaufes 28 am Gehäuse 32 gelagert. Der Freilauf 28 kann über eine Verrasteinrichtung 30 blockiert werden.

Die in Figur 6 dargestellten beiden zweiten Planetenradstufen 24 der

Stufenplanetenräder 20 laufen um ein zweites Sonnenrad 38 um, dem die zweite Bremse 40 in ihrer ersten Position 46 zugeordnet ist. Die erste Bremse 34 hingegen befindet sich in ihrer ersten Position 52 und ist einem kleineren zweiten Hohlrad 36 zugeordnet. Abtriebsseitig stehen die Stegwellen 44, an den die Stufenplanetenräder 20 aufgenommen sind, mit der Abtriebswelle 16 in

Verbindung, welche das Differentialgetriebe 60 antreibt. Dessen Käfig 62 wird durch eine Anzahl von Kegelrädern, nämlich dem ersten Kegelrad 82, dem zweiten Kegelrad 84, dem dritten Kegelrad 86 sowie dem vierten Kegelrad 88 gebildet. Vom Käfig 62 des Differentialgetriebes 60 aus erstrecken sich ein erster

Achsteil 66 und ein zweiter Achsteil 70 in Richtung der beiden Räder 68 bzw. 72. Die Komponenten der E-Maschine 12, d.h. deren Stator 78 und deren Rotor 80 bilden mit dem Differentialgetriebe 60 sowie dem lastschaltbaren

Mehrganggetriebe 10 eine integrierte Einheit, nämlich ein E-Achsen-Modul, welches durch das Bezugszeichen 90 gekennzeichnet ist und eine kompakte

Baueinheit darstellt.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.